在高精度模拟信号采样与处理系统中,例如多路ADC前端、精密电压或电流采样、医疗测量仪器等,模拟开关作为输入通道的关键控制器,其性能对系统的总精度起着重要影响。特别是导通电阻(Ron)和漏电流(Ileak)两个参数,决定了模拟开关在导通状态下的压降线性度与关断状态下的隔离能力。如果控制不好,将导致信号幅度误差、采样不稳定、温漂放大等问题。
一、Ron与Ileak对高精度系统的影响
导通电阻(Ron)的误差影响:
导通电阻是模拟开关在导通状态下信号通过通道的阻抗。对于高速ADC前端或高输入阻抗电压跟随器,其输入电阻一般在 MΩ 级,而模拟开关的Ron即使低至几Ω,在某些匹配电路中仍可能造成显著电压分压。
线性度影响:部分模拟开关的Ron随输入电压变化而非线性(Ron平坦性差),会对信号造成幅度失真,尤其是大摆幅输入信号。
RC延迟:Ron与采样电容构成的RC常数影响采样建立时间,采样时间不够时会引入稳态误差。
漏电流(Ileak)的误差影响:
在关断状态下,模拟开关应具备极高的输入阻抗。但当存在非理想的漏电流(如nA级别),这在高阻信号源或电荷保持电路中将逐渐放电或充电,造成零漂、误触发或静态偏移。
对于输入端为积分器、运放虚短结构、ADC采样保持电容的系统,这种漏电流将直接导致积分失调、采样漂移等问题,影响系统精度稳定性。
二、圣邦微模拟开关产品的性能表现
圣邦微推出的多款模拟开关(如SGM3716、SGM3764、SGM3768系列)已针对高精度采样应用进行优化,具体参数表现如下:
Ron典型值低至1.5Ω~4Ω,Ron随VIN变化小,具备良好的平坦性,适用于±5V大摆幅信号;
漏电流低于±1nA(25℃时),可在关断状态下保持良好的通道隔离;
匹配通道一致性高:通道间Ron、CON差异小,确保多路通道采样一致性;
宽电压兼容性:支持单电源1.8V~5.5V或双电源±5V,兼容多种ADC或MCU接口。
这些参数在与TI、ADI同类产品(如ADG7xx、TMUX系列)相比时已具备明显的性价比优势,尤其适合国产高精度测控系统、消费医疗设备等领域。
三、如何优化使用以降低误差?
在应用中,若需进一步减小Ron/Ileak引起的误差,可从以下几个方向优化:
前端阻抗匹配设计:
将模拟开关的Ron考虑进前端阻抗网络设计中,避免因阻抗失配造成电压分压误差。例如,在电压采样路径中,将Ron与限流电阻并考虑,预估总误差。
设定足够采样建立时间:
对ADC前端RC电路,应保证至少5~6个时间常数以完成稳态采样,必要时增加采样保持时间,或选用更低Ron、更大驱动能力的开关。
漏电敏感信号通道设计:
对于微弱电流或高阻测量通道,可在开关后级并联一个高阻下拉电阻(如100MΩ),帮助消散残余电荷,稳定参考零点。
采用轨到轨输入/输出与低电荷注入型号:
圣邦微部分模拟开关型号具备轨到轨工作能力,同时电荷注入小于10pC,适合电荷保持电路和ADC采样切换使用。
温度漂移控制:
漏电流在高温下可能上升数倍,需优先选择温漂控制优秀型号(圣邦微部分型号在85℃下仍维持<2nA漏电),并在环境温度剧变场合下加装稳温屏蔽或软件补偿。
四、总结
在高精度模拟系统中,模拟开关不再只是单纯的信号切换器,而是决定系统误差上限的关键器件。圣邦微通过优化导通电阻平坦性、控制漏电流与寄生电容,实现了较好的信号链完整性,广泛应用于工业自动化、医疗成像、ADC通道复用等高精度场景。
工程师在设计中应从器件选型、通道匹配、RC建立时间、温漂补偿等方面综合考虑,充分发挥国产模拟开关的精度与性价比优势。随着圣邦微工艺持续迭代,其在高精度领域的替代能力将不断增强,特别是在追求成本与性能平衡的应用中展现出强大竞争力。